Ο Εγκέφαλός Σας—Πώς Λειτουργεί;

«Η μελέτη του εγκεφάλου είναι δυσκολότερη από τη μελέτη οποιουδήποτε άλλου μέλους του σώματος», παρατηρεί ο Ε. Φούλερ Τόρεϊ, ψυχίατρος στο Εθνικό Ινστιτούτο Ψυχικής Υγείας των Η.Π.Α. «Τον κουβαλάμε παντού, μέσα σε αυτό το κουτί που βρίσκεται πάνω στους ώμους μας, στο οποίο είναι εξαιρετικά δύσκολο να ψάξει κανείς».

ΩΣΤΟΣΟ, οι επιστήμονες λένε ότι έχουν ήδη μάθει πολλά για τον τρόπο με τον οποίο ο εγκέφαλος επεξεργάζεται τις πληροφορίες που του παρέχουν οι πέντε αισθήσεις μας. Για παράδειγμα, εξετάστε τον τρόπο με τον οποίο επεξεργάζεται τα οπτικά ερεθίσματα.

Τα Μάτια του Νου Σας

Το φως φτάνει στο μάτι σας και πέφτει πάνω στον αμφιβληστροειδή χιτώνα, ο οποίος αποτελείται από τρεις στιβάδες κυττάρων και βρίσκεται στο πίσω μέρος του βολβού του ματιού σας. Το φως διεισδύει μέχρι και την τρίτη στιβάδα. Αυτή η στιβάδα περιέχει κύτταρα γνωστά ως ραβδία, τα οποία είναι ευαίσθητα στη φωτεινότητα, και ως κωνία, τα οποία αντιδρούν σε φως με διαφορετικά μήκη κύματος που αντιστοιχούν στα χρώματα ερυθρό, πράσινο και κυανό. Το φως ενεργοποιεί ορισμένες χρωστικές σε αυτά τα κύτταρα. Τότε εκείνα στέλνουν ένα σήμα στα κύτταρα της δεύτερης στιβάδας και, από εκεί, σε άλλα κύτταρα της ανώτερης στιβάδας. Οι νευράξονες αυτών των κυττάρων συνδυάζονται για να σχηματίσουν το οπτικό νεύρο.

Οι εκατομμύρια νευρώνες του οπτικού νεύρου φτάνουν σε μια διασταύρωση στον εγκέφαλο, γνωστή ως οπτικό χίασμα. Εδώ οι νευρώνες που μεταφέρουν σήματα από την αριστερή πλευρά του αμφιβληστροειδούς του κάθε ματιού συναντιούνται και ακολουθούν παράλληλες πορείες προς την αριστερή πλευρά του εγκεφάλου. Παρόμοια, τα σήματα που προέρχονται από τη δεξιά πλευρά του κάθε αμφιβληστροειδούς ενώνονται και ταξιδεύουν προς τη δεξιά πλευρά. Οι διεγέρσεις φτάνουν κατόπιν σε ένα «σταθμό αναμετάδοσης» στο θάλαμο και, από εκεί, οι επόμενοι νευρώνες μεταδίδουν τα σήματα στην περιοχή που βρίσκεται στο πίσω μέρος του εγκεφάλου και ονομάζεται οπτικός φλοιός.

Διαφορετικές πτυχές της οπτικής πληροφορίας ταξιδεύουν σε παράλληλες διαδρομές. Οι ερευνητές γνωρίζουν τώρα ότι ο πρωτογενής οπτικός φλοιός σε συνδυασμό με μια γειτονική περιοχή δρα σαν ταχυδρομείο, ταξινομώντας, αποστέλλοντας και ενοποιώντας τις ποικίλες πληροφορίες που φέρνουν οι νευρώνες. Η τρίτη κατά σειρά περιοχή ανιχνεύει το σχήμα, για παράδειγμα το περίγραμμα ενός αντικειμένου, και την κίνηση. Η τέταρτη περιοχή αναγνωρίζει τόσο τη μορφή όσο και το χρώμα, ενώ η πέμπτη ενημερώνει διαρκώς τους χάρτες με τα οπτικά δεδομένα για τον εντοπισμό της κίνησης. Σύγχρονες έρευνες δείχνουν ότι υπάρχουν μέχρι και 30 διαφορετικές περιοχές του εγκεφάλου οι οποίες επεξεργάζονται τις οπτικές πληροφορίες που συλλέγει το μάτι! Αλλά πώς συνεργάζονται αυτές για να σας παρουσιάσουν μια εικόνα; Ναι, πώς «βλέπει» ο νους σας;

Πώς «Βλέπει» ο Εγκέφαλος

Το μάτι συλλέγει πληροφορίες για τον εγκέφαλο, αλλά προφανώς ο φλοιός είναι εκείνος που επεξεργάζεται τις πληροφορίες τις οποίες λαβαίνει ο εγκέφαλος. Αν φωτογραφίσετε κάτι με μια φωτογραφική μηχανή, η εικόνα που θα προκύψει θα αποκαλύπτει λεπτομέρειες ολόκληρου του σκηνικού. Αλλά όταν τα μάτια σας παρατηρούν το ίδιο θέαμα, συνειδητά παρατηρείτε μόνο το μέρος εκείνο του σκηνικού στο οποίο εστιάζετε την προσοχή σας. Ο τρόπος με τον οποίο το κάνει αυτό ο εγκέφαλος παραμένει μυστήριο. Μερικοί πιστεύουν ότι πρόκειται για το αποτέλεσμα μιας σταδιακής ενοποίησης των οπτικών πληροφοριών στις λεγόμενες ζώνες σύγκλισης, η οποία σας βοηθάει να συγκρίνετε αυτά που βλέπετε με αυτά που ήδη γνωρίζετε. Άλλοι υποστηρίζουν πως, όταν δεν βλέπετε κάτι καθαρά, αυτό οφείλεται απλώς στο ότι δεν διεγείρονται οι νευρώνες που ελέγχουν την εστιαζόμενη όραση.

Ούτως ή άλλως, οι δυσκολίες που βρίσκουν μπροστά τους οι επιστήμονες καθώς προσπαθούν να εξηγήσουν πώς λειτουργεί η όραση ωχριούν σε σύγκριση με τα προβλήματα που αντιμετωπίζουν όταν επιχειρούν να καθορίσουν τι περιλαμβάνει η «συνειδητότητα» και η «νόηση». Μέθοδοι απεικόνισης όπως η τομογραφία μαγνητικού συντονισμού και η τομογραφία εκπομπής ποζιτρονίων έχουν ανοίξει για τους επιστήμονες ένα νέο παράθυρο στον ανθρώπινο εγκέφαλο. Παρατηρώντας δε τη ροή του αίματος σε ορισμένες περιοχές του εγκεφάλου κατά τη διάρκεια των λειτουργιών της σκέψης, έχουν συμπεράνει με αρκετή βεβαιότητα ότι υπάρχουν ξεχωριστές περιοχές του φλοιού που φαίνεται ότι βοηθούν τον άνθρωπο να ακούει λέξεις, να βλέπει λέξεις και να προφέρει λέξεις. Ωστόσο, όπως συμπεραίνει ένας συγγραφέας, «το φαινόμενο της νόησης και της συνειδητότητας είναι πολύ πιο περίπλοκο . . . από όσο υποπτεύεται κανείς». Ναι, πολλά από τα μυστήρια του εγκεφάλου δεν έχουν διαλευκανθεί ακόμη.

Ο Εγκέφαλος—Απλώς Ένας Καταπληκτικός Κομπιούτερ;

Για να κατανοήσουμε τον περίπλοκο εγκέφαλό μας, ίσως είναι υποβοηθητικό να κάνουμε μερικές συγκρίσεις. Στο ξεκίνημα της βιομηχανικής επανάστασης, στα μέσα του 18ου αιώνα, έγινε της μόδας να συγκρίνεται ο εγκέφαλος με μηχανή. Αργότερα, όταν τα τηλεφωνικά κέντρα έγιναν σύμβολο προόδου, οι άνθρωποι σύγκριναν τον εγκέφαλο με ένα φορτωμένο κέντρο στο οποίο ο χειριστής έπαιρνε τις αποφάσεις. Τώρα που οι κομπιούτερ εκτελούν περίπλοκες εργασίες, μερικοί συγκρίνουν τον εγκέφαλο με κομπιούτερ. Μπορεί αυτή η σύγκριση να εξηγήσει πλήρως πώς λειτουργεί ο εγκέφαλος;

Υπάρχουν σημαντικές θεμελιώδεις διαφορές που καθιστούν τον εγκέφαλο διαφορετικό από τον κομπιούτερ. Ουσιαστικά, ο εγκέφαλος αποτελεί χημικό σύστημα, όχι ηλεκτρικό. Πολυάριθμες χημικές αντιδράσεις γίνονται μέσα σε κάθε κύτταρο, πράγμα που είναι εντελώς διαφορετικό από τον τρόπο λειτουργίας του κομπιούτερ. Επίσης, όπως παρατηρεί η Δρ Σούζαν Γκρίνφιλντ, «κανείς δεν προγραμματίζει τον εγκέφαλο ούτε στο ελάχιστο: πρόκειται για ένα όργανο που ενεργεί προληπτικά και λειτουργεί αυθόρμητα». Αυτό διαφέρει από τον κομπιούτερ, ο οποίος απαιτεί προγραμματισμό.

Οι νευρώνες επικοινωνούν μεταξύ τους με περίπλοκο τρόπο. Πολλοί νευρώνες αντιδρούν σε 1.000 και πλέον συναπτικά ερεθίσματα. Για να κατανοήσουμε τι περιλαμβάνει αυτό, ας ρίξουμε μια ματιά στην έρευνα ενός νευροβιολόγου. Αυτός μελέτησε μια περιοχή της κάτω μεριάς του εγκεφάλου, ακριβώς πάνω και πίσω από τη μύτη, για να ανακαλύψει πώς αναγνωρίζουμε τις οσμές. Ο ίδιος λέει: «Ακόμη και αυτή η φαινομενικά εύκολη λειτουργία—που φαίνεται παιχνιδάκι μπροστά στην απόδειξη ενός γεωμετρικού θεωρήματος ή στην κατανόηση ενός κουαρτέτου εγχόρδων του Μπετόβεν—περιλαμβάνει περίπου 6 εκατομμύρια νευρώνες, ο καθένας από τους οποίους λαβαίνει ίσως και 10.000 ερεθίσματα από άλλους νευρώνες».

Εντούτοις, ο εγκέφαλος δεν είναι απλώς μια συλλογή νευρώνων. Για κάθε νευρώνα, υπάρχουν αρκετά νευρογλοιακά κύτταρα. Εκτός από το ότι εξασφαλίζουν τη συνοχή του εγκεφάλου, αυτά μονώνουν ηλεκτρικά τους νευρώνες, καταπολεμούν τις μολύνσεις και συνενώνονται για να σχηματίσουν ένα προστατευτικό αιματοεγκεφαλικό φράγμα. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι τα νευρογλοιακά κύτταρα μπορεί να επιτελούν και άλλες λειτουργίες που δεν έχουν ακόμη ανακαλυφτεί. «Η επιφανειακή ομοιότητα με τους ανθρωποποίητους κομπιούτερ, οι οποίοι επεξεργάζονται ηλεκτρονικές πληροφορίες σε ψηφιακή μορφή, μπορεί να είναι τόσο ελλιπής ώστε να γίνεται παροδηγητική», καταλήγει το περιοδικό Ικόνομιστ (Economist).

Στη συνέχεια, υπάρχει ένα ακόμη μυστήριο που χρειάζεται να εξετάσουμε.

Πώς Δημιουργούνται οι Αναμνήσεις;

Η μνήμη—«ίσως το πιο εκπληκτικό φαινόμενο στο φυσικό κόσμο», σύμφωνα με τον καθηγητή Ρίτσαρντ Φ. Τόμσον—περιλαμβάνει αρκετές διαφορετικές λειτουργίες του εγκεφάλου. Οι περισσότεροι ερευνητές του εγκεφάλου χωρίζουν τη μνήμη σε δύο είδη, τη δηλωτική και τη διαδικαστική. Η διαδικαστική περιλαμβάνει τις ικανότητες και τις συνήθειες. Η δηλωτική, από την άλλη μεριά, περιλαμβάνει την αποθήκευση δεδομένων. Το σύγγραμμα Ο Εγκέφαλος—Ένα Βιβλίο Νευροεπιστήμης (The Brain—A Neuroscience Primer) ταξινομεί τις λειτουργίες της μνήμης με βάση τη χρονική τους διάρκεια: αισθητηριακή (υπερβραχυπρόθεσμη) μνήμη, που διαρκεί περίπου 100 χιλιοστά του δευτερολέπτου· βραχυπρόθεσμη μνήμη, που διαρκεί λίγα δευτερόλεπτα· μνήμη εργασίας, που αποθηκεύει πρόσφατες εμπειρίες· και μακροπρόθεσμη μνήμη, που φιλοξενεί το προφορικό υλικό το οποίο έχει επαναληφθεί και τις κινητικές ικανότητες οι οποίες έχουν χρησιμοποιηθεί.

Μια πιθανή εξήγηση για τη μακροπρόθεσμη μνήμη είναι ότι ξεκινάει με δραστηριότητα η οποία λαβαίνει χώρα στο πρόσθιο τμήμα του εγκεφάλου. Η πληροφορία που επιλέγεται για τη μακροπρόθεσμη μνήμη περνάει με τη μορφή ηλεκτρικής διέγερσης σε ένα τμήμα του εγκεφάλου που είναι γνωστό ως ιππόκαμπος. Εδώ, μια διαδικασία η οποία ονομάζεται μακροπρόθεσμη δυναμικότητα αυξάνει την ικανότητα που έχουν οι νευρώνες να στέλνουν σήματα.—Βλέπε το πλαίσιο «Πώς Γεφυρώνεται το Χάσμα».

Μια διαφορετική θεωρία περί μνήμης στηρίζεται στην ιδέα ότι τα εγκεφαλικά κύματα παίζουν βασικό ρόλο. Οι υποστηρικτές της πιστεύουν ότι οι τακτικές ταλαντώσεις της ηλεκτρικής δραστηριότητας του εγκεφάλου, που μοιάζουν με το χτύπημα του τυμπάνου, βοηθούν στη συνένωση των αναμνήσεων και στον έλεγχο του πότε ακριβώς ενεργοποιούνται διαφορετικά εγκεφαλικά κύτταρα.

Οι ερευνητές πιστεύουν ότι ο εγκέφαλος αποθηκεύει τις διάφορες πτυχές των αναμνήσεων σε διαφορετικά σημεία, και ότι η κάθε έννοια συνδέεται με την περιοχή του εγκεφάλου η οποία ειδικεύεται στην κατανόησή της. Ασφαλώς, μερικά τμήματα του εγκεφάλου συμβάλλουν στη μνήμη. Η αμυγδαλή, μια μικρή μάζα νευρικών κυττάρων με σχήμα αμυγδάλου η οποία βρίσκεται κοντά στο εγκεφαλικό στέλεχος, επεξεργάζεται τις αναμνήσεις του φόβου. Τα βασικά γάγγλια, ασχολούνται κυρίως με τις συνήθειες και τις σωματικές ικανότητες, ενώ η παρεγκεφαλίδα, που βρίσκεται στη βάση του εγκεφάλου, χειρίζεται την εξαρτημένη μάθηση και τα εξαρτημένα αντανακλαστικά. Πιστεύεται ότι εδώ αποθηκεύονται οι ικανότητες της ισορροπίας—λόγου χάρη, αυτές που απαιτούνται για να κάνουμε ποδήλατο.

Ρίχνοντας μια σύντομη ματιά στον τρόπο με τον οποίο λειτουργεί ο εγκέφαλος, αναγκαστικά παραλείψαμε λεπτομέρειες άλλων αξιοθαύμαστων λειτουργιών, όπως είναι η χρονομέτρηση, η κλίση στην εκμάθηση γλωσσών, οι περίπλοκες κινητικές ικανότητες και ο τρόπος με τον οποίο ο εγκέφαλος ρυθμίζει τα όσα αφορούν το νευρικό σύστημα και τα ζωτικά όργανα του σώματος, καθώς επίσης το πώς αντιμετωπίζει τον πόνο. Επιπρόσθετα, βρίσκονται ακόμη στο στάδιο της ανακάλυψης οι χημικοί αγγελιοφόροι του οι οποίοι συνδέονται με το ανοσολογικό σύστημα. «Η περιπλοκότητα είναι τόσο απίστευτη», παρατηρεί ο νευροεπιστήμονας Ντέιβιντ Φέλτεν, «ώστε αναρωτιέται κανείς αν υπάρχει καν ελπίδα να την κατανοήσουμε ποτέ».

Μολονότι πολλά από τα μυστήρια του εγκεφάλου παραμένουν άλυτα, αυτό το αξιοθαύμαστο όργανο μας δίνει τη δυνατότητα να σκεφτόμαστε, να στοχαζόμαστε και να θυμόμαστε αυτά που έχουμε ήδη μάθει. Αλλά πώς μπορούμε να χρησιμοποιούμε τον εγκέφαλο με τον καλύτερο δυνατό τρόπο; Το τελικό άρθρο αυτής της σειράς δίνει την απάντηση.

[Πλαίσιο/Εικόνες στη σελίδα 8]

ΠΩΣ ΓΕΦΥΡΩΝΕΤΑΙ Η ΣΧΙΣΜΗ

Όταν διεγείρεται ένας νευρώνας, το νευρικό ερέθισμα ταξιδεύει κατά μήκος του νευράξονα. Όταν φτάνει στο συναπτικό βολβό, κάνει ορισμένα μικροσκοπικά σφαιρίδια (τα συναπτικά κυστίδια) που βρίσκονται μέσα στο βολβό—το καθένα από τα οποία περιέχει χιλιάδες μόρια-νευροδιαβιβαστές—να συγχωνεύονται με την επιφάνεια του βολβού και να απελευθερώνουν το περιεχόμενό τους στέλνοντάς το στην απέναντι μεριά της σύναψης.

Διαμέσου ενός περίπλοκου συστήματος από κλειδιά και κλειδαριές, ο νευροδιαβιβαστής ανοίγει και κλείνει κανάλια εισαγωγής στον επόμενο νευρώνα. Ως αποτέλεσμα, εισέρχονται στο νευρώνα-δέκτη ηλεκτρικά φορτισμένα σωματίδια και προκαλούν επιπρόσθετες χημικές μεταβολές οι οποίες είτε δημιουργούν σε αυτόν ηλεκτρική διέγερση είτε αναστέλλουν την περαιτέρω ηλεκτρική δραστηριότητα.

Ένα φαινόμενο που ονομάζεται μακροπρόθεσμη δυναμικότητα συμβαίνει όταν οι νευρώνες διεγείρονται τακτικά και απελευθερώνουν νευροδιαβιβαστές οι οποίοι υπερπηδούν τη σύναψη. Μερικοί ερευνητές πιστεύουν ότι αυτό κάνει τους νευρώνες να πλησιάζουν ο ένας τον άλλον. Άλλοι ισχυρίζονται πως υπάρχουν αποδείξεις σύμφωνα με τις οποίες ο νευρώνας-δέκτης στέλνει πίσω στο νευρώνα-πομπό ένα μήνυμα. Αυτό, με τη σειρά του, προκαλεί χημικές μεταβολές που παράγουν ακόμη περισσότερες πρωτεΐνες οι οποίες δρουν ως νευροδιαβιβαστές. Κατόπιν, αυτές ενισχύουν το δεσμό ανάμεσα στους νευρώνες.

Λόγω των μεταβαλλόμενων συνδέσεων του εγκεφάλου και της προσαρμοστικότητάς του, ισχύει το εξής: «Ή τον χρησιμοποιείς ή τον χάνεις». Συνεπώς, για να διατηρήσουμε μια ανάμνηση, είναι καλό να την επαναφέρουμε συχνά στο νου μας.

Νευράξονας

Μια ίνα μεταφοράς σημάτων η οποία συνδέει νευρώνες.

Δενδρίτες

Συνδέσεις με μικρό μήκος και πολλές διακλαδώσεις, οι οποίες συνδέουν νευρώνες.

Νευρίτες

Προεξοχές του νευρώνα που μοιάζουν με πλοκάμια. Υπάρχουν δύο βασικοί τύποι—οι νευράξονες και οι δενδρίτες.

Νευρώνες

Νευρικά κύτταρα. Ο εγκέφαλος έχει περίπου 10 ως 100 δισεκατομμύρια νευρώνες, που «ο καθένας συνδέεται με εκατοντάδες, μερικές φορές με χιλιάδες, άλλα κύτταρα».

Νευροδιαβιβαστές

Χημικές ουσίες μέσω των οποίων η νευρική διέγερση διασχίζει τη λεγόμενη συναπτική σχισμή που υπάρχει ανάμεσα στο νευρώνα-πομπό και στο νευρώνα-δέκτη.

Σύναψη

Η σχισμή ανάμεσα στο νευρώνα ή στο νεύρο που παίζει το ρόλο του πομπού και στον αντίστοιχο δέκτη.

[Ευχαριστίες]

Βασισμένο στο βιβλίο Ανάλυση του Ανθρώπινου Νου (The Human Mind Explained), της καθηγήτριας Σούζαν Α. Γκρίνφιλντ, 1996.

CNRI/Science Photo Library/PR

[Πλαίσιο/Εικόνες στη σελίδα 9]

ΟΙ ΞΕΧΩΡΙΣΤΕΣ ΙΚΑΝΟΤΗΤΕΣ ΤΟΥ ΑΝΘΡΩΠΟΥ

Χάρη σε εξειδικευμένες περιοχές του εγκεφάλου που είναι γνωστές ως κέντρα ομιλίας, ο άνθρωπος διαθέτει αξιοθαύμαστες ικανότητες επικοινωνίας. Φαίνεται ότι αυτά που θέλουμε να πούμε οργανώνονται από το τμήμα του αριστερού ημισφαιρίου του εγκεφάλου που είναι γνωστό ως περιοχή του Βέρνικε (1). Αυτή η περιοχή επικοινωνεί με την περιοχή του Μπροκά (2), η οποία εφαρμόζει γραμματικούς κανόνες. Οι διεγέρσεις φτάνουν κατόπιν στις γειτονικές κινητικές περιοχές που ελέγχουν τους μυς του προσώπου και μας βοηθούν να σχηματίζουμε κατάλληλες λέξεις. Επιπρόσθετα, αυτές οι περιοχές συνδέονται με το οπτικό σύστημα του εγκεφάλου ώστε να μπορούμε να διαβάζουμε· με το ακουστικό σύστημα ώστε να μπορούμε να ακούμε, να κατανοούμε και να απαντούμε σε αυτά που μας λένε οι άλλοι· και, φυσικά, με τη μνήμη μας ώστε να αποθηκεύονται οι αξιόλογες σκέψεις. «Αυτό που πραγματικά ξεχωρίζει τους ανθρώπους από τα άλλα ζώα», σχολιάζει το εγχειρίδιο Ταξίδι στα Κέντρα του Εγκεφάλου (Journey to the Centres of the Brain), «είναι η δυνατότητα που έχουν να εκπαιδεύονται σε σχέση με μια εκπληκτική ποικιλία ικανοτήτων, δεδομένων και κανόνων, όχι μόνο όσον αφορά τα υλικά πράγματα του κόσμου που τους περιβάλλει, αλλά κυρίως όσον αφορά άλλους ανθρώπους και αυτά που τους κάνουν να συμπεριφέρονται με ένα συγκεκριμένο τρόπο».

[Εικόνες στη σελίδα 7]

Διαφορετικές περιοχές του εγκεφάλου επεξεργάζονται το χρώμα, τη μορφή, το περίγραμμα και το σχήμα, ενώ επιπρόσθετα εντοπίζουν την κίνηση

[Ευχαριστίες]

Parks Canada/ J. N. Flynn